Een huishoudaccu vormt de basis van een elektra set-up in een camper. Je kunt hierbij kiezen tussen een loodaccu en een lithium accu, en vooral die laatste neemt steeds meer in populariteit toe. Dat komt omdat mensen steeds meer elektrische apparaten in de camper willen gebruiken en soms – net als wij – de keuze maken om bijvoorbeeld te koken op inductie in plaats van op gas. Dat vraagt logischerwijs best wat stroom en daar is een lithium accu beter geschikt voor. Maar hoe veilig is zo’n lithium accu eigenlijk? Het aantal verhalen van ontploffende lithium accu’s lijkt samen met de populariteit ervan toe te nemen, net als de waarschuwingen van de brandweer over het onmogelijk blussen van bijvoorbeeld elektrische auto’s waar volgens sommige zo’n zelfde accu in zou zitten. Dat is toch geen product om in je camper te gebruiken zou je zeggen. Wij zochten daarom alles voor je uit en delen in deze blog hoe gevaarlijk of veilig een lithium accu nu echt is.

Wat is een camper accu en hoe werkt het?

Om te beginnen is het misschien eerst handig om te weten hoe een accu eigenlijk werkt. In een accu kun je energie stoppen, die energie bewaren en het er weer uithalen als je het nodig hebt. Wanneer het om een kleinere behuizing in standaard vorm gaat (A, AA, C, D etc.), noemen we het een batterij. Is het groter dan dat, dan wordt het al snel een accu genoemd. Daarnaast is er een onderscheid te maken tussen niet-oplaadbare en oplaadbare accu’s en batterijen, maar in deze blog gaan we het alleen hebben over oplaadbare accu’s. Het passieve blok met de kunststof behuizing ziet er misschien uit als een eenvoudig ding, maar binnenin speelt zich een ingewikkeld scheikundig/chemisch proces af. Bij ontlading van de accu vloeien elektronen van de ene accupool naar de andere via het elektrisch systeem. Dit komt doordat er gebruikt wordt gemaakt van verschillende soorten metalen samenstellingen voor de accupolen. Binnenin de accu bewegen ionen in dezelfde richting van de min-accupool naar de plus-accupool. Zijn alle ionen (en elektronen) naar één pool bewogen, dan is de accu leeg en levert deze geen stroom meer.

Het verschil tussen een lithium accu en een loodaccu

Binnen accu’s wordt dus gebruik gemaakt van een combinatie van metalen en andere chemische stoffen en samenstellingen. Een accu heeft een positieve kant (kathode) en een negatieve kant (anode). Tussen de kathode en anode zit het elektrolyt, een vloeistof of vaste-stofelektrolyt (ook wel solidstate genoemd) die zorgt voor een goede werking van de accu. Daarnaast is er een separator tussen kathode en anode die zorgt voor isolatie tussen kathode en anode, maar die wel doorgang van ionen toestaat. Het materiaal van elektrodes en elektrolyt bepaalt de werking en eigenschappen van de accu, maar ook de naam die we accu’s geven. Zo heeft de loodaccu een kathode (plus-pool) van lood en is het elektrolyt gemaakt van zwavelzuur. Daarom wordt een loodaccu ook wel een loodzwavelzuur accu genoemd. Bij een lithium accu wordt voor de kathode en anode onder andere gebruik gemaakt van Lithium, een alkalimetaal wat vooral gewonnen wordt uit zoutwater, bijvoorbeeld in Salar de Atacama (Chili). Maar ook de VS en Australië hebben grote voorraden Lithium en dragen bij aan de winning hiervan. Er is een ruime voorraad Lithium in de wereld beschikbaar waarvan bijna de helft in Chili.

Het verschil tussen lithium accu’s (LCO, NMC, NCA, li-poly, LiFePO4)

Als we het hebben over een lithium of lithium-ion accu is niet meteen duidelijk welk type lithium accu wordt bedoeld. Het is namelijk een aanduiding voor een hele reeks type accu’s die allemaal gebruik maken van lithium, maar door de combinatie van verschillende metalen ook uiteenlopende eigenschappen en eigen voor- en nadelen bezitten. Het bekendste en meest toegepaste type lithium-ion accu is de ‘algemene’ li-ion accu. Dit type accu wordt gebruikt in telefoons, laptops en camera’s, maar ook in de meeste elektrische auto’s. Hierbij wordt vooral gekeken naar capaciteit, snel kunnen opladen en hoge ontlaadstroom. Dit type accu is vaak op LCO, NMC of NCA samenstelling gebaseerd en bevat in alle gevallen Kobalt en soms ook Nickel. Kobalt is een metaal dat op relatief weinig plekken in de wereld voorkomt en de winning hiervan gaat vaak samen met het schenden van mensen- en milieurechten. Een variant op de lithium-ion accu is de lithiumpolymeeraccu, ook wel lipo-accu genoemd. Deze wordt voornamelijk gebruikt in drones en modelbouw en kent een nog hogere ontlaadstroom. Maar het type lithium accu waar wij als camperaars veel mee te maken hebben is de LiFePO4 accu. Dit type accu is een variant op de lithium-ion accu waarbij de kathode (plus-pool) van lithium-ijzer-fosfaat is gemaakt, waar het ook zijn naam aan te danken heeft. Dit type accu bevat geen Kobalt of Nickel en is door het kathode materiaal aanzienlijk stabieler dan de andere lithium-ion varianten. Nog even los van de veiligheid, waar we het later over gaan hebben, is een LiFePO4 accu dus ook veel milieuvriendelijker dan de lithium accu’s die onder andere in telefoons en elektrische auto’s worden gebruikt. Recent heeft Tesla aangekondigd de LiFePO4 accu techniek te gaan gebruiken voor hun ‘standard range’ auto’s, de lagere actieradius is hier afgezet tegen de voordelen van lagere productiekosten en het duurzamere productieproces.

Voor- en nadelen LiFePO4 lithium accu

De voordelen van een lithium accu ten opzichte van een loodaccu hebben we eerder hier beschreven en vallen buiten deze blog, maar binnen de type lithium accu’s kent de LiFePO4 ook een aantal voor- en nadelen in vergelijking met de andere type lithium accu’s. Zo is de energiedichtheid van een LiFePO4 accu lager (W/kg, minder capaciteit per kg) en ligt de maximale ontlaadsnelheid lager. Dit verschil is echter goed te compenseren door een accu te plaatsen met een wat grotere capaciteit. In een camper speelt dit nadeel vaak nauwelijks een rol doordat je toch al een veel grotere accucapaciteit nodig hebt dan bijvoorbeeld in je smartphone. Het voordeel van een LiFePO4 accu is dat deze, onder vergelijkbaar gebruik, meer cycles (volledig ont- en opladen) aan kan dan andere li-ion technieken en zelfs aanzienlijk meer dan een loodaccu. Waar li-ion accu’s in telefoons bijvoorbeeld uit zichzelf in capaciteit afnemen (binnen 3-5 jaar is de conditie van de batterij vaak al minder of zijn soms al versleten), is dit effect procentueel veel minder sterk bij een LiFePO4 accu. Deze gaat dus ook langer mee. Verder bestaat een LiFePO4 uit losse cellen die ieder een spanning kunnen leveren van 3,2 Volt (bij andere lithium accu’s is dat 3,6 Volt) waardoor vier cellen in serie op 12,8 Volt uitkomen. Dit komt vrijwel overeen met een loodaccu, waardoor je deze eenvoudig kan vervangen en alle 12 Volt apparatuur bruikbaar blijft.

Battery Management System (BMS)
Voor elke lithium gebaseerde accu is het gebruikelijk en veilig om een BMS (Battery Management System) te installeren of om een lithium accu te kopen waar het BMS al in zit. Het BMS controleert bij een LiFePO4 accu een aantal condities van de accu en kan in combinatie met een battery protect of relais de accu uitschakelen om te voorkomen dat deze (onherstelbaar) beschadigd raakt. Het BMS is dus een extra controle ter bescherming van de accu waardoor deze een langere levensduur heeft. In theorie zou een LiFePO4 accu ook prima functioneren zonder BMS, maar de extra controle is een belangrijke evolutiestap in accubeheer om er voor te zorgen dat deze accu’s zolang mogelijk meegaan. De volgende condities worden standaard gecontroleerd en voorkomen:

• te diep ontladen van de accu (celspanning < 2,5 Volt),
• overladen van de accu door een te hoge spanning (celspanning > 4 Volt),
• opladen tijdens te lage accu temperatuur (< 0° C),
• compenseren van onbalans tussen de individuele cellen

Hoe veilig is een lithium (LiFePo4) accu?

De veiligheid van accu’s en in het bijzonder van lithium gebaseerde accu’s is een veel besproken onderwerp. Het gebruik van lithium accu’s is de afgelopen jaren enorm toegenomen en toegepast in zeer uiteenlopende producten waardoor het logischerwijs ook vaker fout gaat en in het nieuws komt. Daarnaast wordt de lithium accu ook in steeds grotere accucapaciteiten toegepast, zoals in elektrische auto’s waar erg veel energie in de accu opgeslagen wordt. Het blussen van een (lithium) accu brand is door deze grote hoeveelheid energie en chemische reactie erg lastig. Een grote uitdaging voor de brandweer dus! Maar het is daardoor ook erg makkelijk (en onterecht) om te zeggen dat alle lithium gebaseerde accu’s inherent onveilig en daarmee gevaarlijk zijn. Zoals je eerder hebt kunnen lezen is er namelijk een onderscheid te maken tussen de verschillende technieken in lithium accu’s. De berichtgeving over gevaarlijke, zelf ontbrandende of exploderende lithium accu’s gaan vrijwel altijd over li-ion (LCO, NCA of NMC) accu’s waar maximale capaciteit in een zo compact mogelijk formaat en een zo snel mogelijke oplaadtijd het belangrijkste zijn. Denk hierbij aan elektrische auto’s, elektrische fietsen en andere mobiliteitsproducten zoals een step of hoverboard.

De standaard li-ion accu types, zoals bijvoorbeeld ‘lithium kobalt oxide’ (LCO), zijn door de samenstelling gevoelig voor zelfontbranding door een beschadiging van de interne structuur. Dit kan bijvoorbeeld ontstaan door het beschadigen of buigen van de accu, maar ook een lage bouwkwaliteit in combinatie met een verkeerde of (half) defecte acculader kan een ‘thermal runaway’ starten waarbij de accu steeds heter wordt met een brand en/of explosie tot gevolg die maar moeilijk te blussen is. De samenstelling van een LiFePO4 accu zorgt er echter voor dat de mogelijkheid van een ‘thermal runaway’ ongeveer even groot is als dat van een loodaccu. De chemische samenstelling in een LiFePO4 accu zorgt er namelijk voor dat tijdens de verschillende toestanden van de LiFePO4 cellen deze structureel vergelijkbaar zijn in samenstelling, er zit nauwelijks verschil tussen geladen en ontladen toestand. Het gebruik van LiFePO4 als kathode maakt de accu intrinsiek veel stabieler dan een li-ion (LCO of NCM) lithium accu doordat de chemische binding veel sterker is, de zuurstof atomen komen veel langzamer los bij mishandeling en het fosfaat zorgt tevens voor een hogere thermische chemische stabiliteit.  Bij ‘mishandeling’ van de LiFePO4 accu, bijvoorbeeld tijdens het verkeerd opladen, is dit type accu daardoor veel minder gevoelig voor een thermische (exothermisch) reactie dan de andere lithium types, onder andere door gemakkelijk verlies van zuurstofatomen. Daarnaast wordt vaak gekeken naar het gedrag van een accu wanneer deze fysiek mishandeld wordt, bijvoorbeeld door er een spijker of bijl doorheen te slaan. Hierbij wordt de accu structuur intern beschadigd, de separator doorbroken en ontstaat er veelal kortsluiting en een ‘thermal runaway’. Ook in deze testen, waarvan je je kunt afvragen wie zoiets zou doen?, blijkt de LiFePO4 accu zeer stabiel te blijven waar de andere li-ion technieken (vrijwel) direct ontbranden.

Dit alles bij elkaar maakt de LiFePO4 accu een geschikte en veilige accu voor in een camper, ook als vervanging wanneer je wil overstappen van een loodaccu naar lithium. Het is veel belangrijker dat je jouw hele elektra set-up veilig installeert om kortsluiting en eventueel brand te voorkomen. Zorg daarom voor een logische installatie, kies voor producten met een goede kwaliteit, maak gebruik van de juiste kabeldiktes en zeker alles netjes af met de juiste zekering. En let op: voor een lithium set-up dien je naast een BMS ook gebruik te maken van een geschikte acculader en dien je deze in te stellen op de juiste laadmethode en voltages voor een LiFePO4 lithium accu.